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Modelli di rete e carico sviluppati per la stima della propagazione nelle reti elettriche dei disturbi nel campo di frequenza 2 ÷ 500 kHz

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Modelli di rete e carico sviluppati per la stima della propagazione nelle reti elettriche dei disturbi nel campo di frequenza 2 ÷ 500 kHz

La maggior diffusione dei convertitori di potenza nelle smart grid ha portato all’aumento di fenomeni di interferenza con altri dispositivi di potenza e di comunicazione, dovuti a rumore nella banda di frequenza 2 kHz ÷ 500 kHz. In questo rapporto è stata condotta un’analisi di modelli comportamentali ad alta frequenza applicati ai convertitori di potenza. Lo scopo è quello di fornire una metodologia per studi di reti sulla propagazione di questi disturbi.

I convertitori di potenza nelle reti di distribuzione dell’energia elettrica hanno raggiunto una grande diffusione grazie ai recenti progressi tecnici nell’elettronica di potenza sia in impianti di generazione da fonte rinnovabile sia in utenze industriali. La loro maggior presenza ha comportato però un maggiore inquinamento della rete in termini di distorsione armonica in un ampio spettro di frequenza. Questa problematica è cruciale quando si presenta una compresenza di linee di potenza e linee di comunicazione, sempre più presenti in una smart grid rivolta ad una gestione intelligente ed efficiente della rete elettrica. È noto, infatti, che le emissioni condotte generate dai convertitori possono influenzare significativamente il funzionamento dei dispositivi di comunicazione e trasmissione di dati.

In questo contesto, l’attività di ricerca presentata in questo rapporto si è focalizzata su un’analisi della letteratura esistente in merito alle tecniche di modellazione di convertitori di potenza nel campo di frequenza 2 kHz ÷ 500 kHz. I risultati hanno evidenziato che una strategia di modellazione di tipo comportamentale (black-box) risulta essere la più appropriata per lo studio della propagazione dei disturbi nelle reti. L’approccio scelto si riconduce ad una rappresentazione equivalente alle porte esterne del convertitore mediante circuito equivalente di tipo Thevenin/Norton, caratterizzato da una rete passiva e da sorgenti equivalenti di rumore, applicabile a qualsiasi topologia di convertitore. I parametri vengono estratti da misure effettuate alle porte esterne del convertitore. Per sviluppare una procedura di identificazione e validazione della modellazione specifica per convertitori trifase, è stato implementato un setup di misura virtuale per la caratterizzazione di un inverter per applicazioni fotovoltaiche, in ambiente di simulazione PSPICE. In questo modo è stato possibile verificare le ipotesi alla base del modello, investigare (e ottimizzare) aspetti implementativi specifici della procedura di misura proposta senza costruire un setup di misura oneroso in termini di tempo e costi. I risultati ottenuti hanno confermato l’efficacia della procedura proposta, e rappresentano uno studio di fattibilità per la pianificazione di una campagna sperimentale da realizzare nel proseguo dell’attività di ricerca.

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